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  • 1

    GEOL1001

    SESSION 2010

    ____________

    Filire BCPST-Vto

    GEOLOGIE

    Dure : 3h30

    ___________

    Lusage de la calculatrice, dabaques et de tables est autoris pour cette preuve. Si, au cours de lpreuve, un candidat repre ce qui lui semble tre une erreur dnonc, il le signale sur sa copie et poursuit sa composition en expliquant les raisons des initiatives quil a t amen prendre.

    SUJET :

    BALADES GEOLOGIQUES DANS LE TEMPS ET DANS LESPACE

    MAIS SURTOUT VERS LEST !

    N.B. Le sujet comporte 9 pages. Les 4 premiers exercices proposs sont suffisamment indpendants pour tre abords dans nimporte quel ordre.

    La gologie, cest du temps plaqu sur de lespace (Michel Marthaler)

    Toujours

    lest !

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    Exercice 1 : La gologie de lest de la France (Daprs Exercice TP agrgation 2008)

    A partir de l'tude de la carte gologique de France au millionime et de sa notice : 1. En utilisant une feuille de papier

    calque qui sera ensuite colle dans la copie, construire un schma structural soigneusement lgend de la rgion dont la figure 1 donne les limites.

    Figure 1

    2. Rcapituler sous forme de tableau (cf. ci-dessous) dans un ordre chronologique, les principaux vnements sdimentaires, magma-tiques, mtamorphiques et tectoni-ques de l'histoire gologique du foss rhnan depuis 400 Ma.

    Chronologie Evnements sdimentaires

    Evnements mtamorphiques et magmatiques

    Evnements tectoniques

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    Exercice 2 : La subsidence du Foss Rhnan

    Figure 1 : Montage ralis partir de deux profils de sismique rflexion dans lEst de la France (daprs Mayer, 1997) N.B. Le temps exprim sur laxe vertical est en seconde temps double. 1- Indiquer deux caractristiques du foss rhnan qui peuvent tre dgages de ltude de la figure 1.

    Soumise une extension, la lithosphre samincit (crote et manteau lithosphrique). Enveloppes Crote manteau lithosphrique manteau asthnosphrique

    Masse volumique d = 2,7 g.cm-3 D = 3,3 g.cm-3 D = 3,25 g.cm-3 Epaisseur initiale h = 30 km H= 80 km

    N.B. Pour les questions 2 et 3 un calcul littral prcdera lapplication numrique.

    2- Quel est leffet dun amincissement de 20 % de la crote seule sur laltitude de la rgion suppose nulle avant lextension ? 3- Quel est leffet dun amincissement de 20 % du manteau lithosphrique seul sur laltitude de la rgion suppose nulle avant lextension ? 4- Les deux amincissements se produisant ensemble lors de lextension quelle sera finalement laltitude de la rgion. 5- Que se passe-t-il si la zone dasthnosphre qui est remonte se refroidit ? 6- Dans quel contexte godynamique se produit lextension oligocne du foss rhnan ?

    Exercice 3 : La capture de la Moselle Daprs : http://artic.ac-besancon.fr/svt/act_ped/ svt_lyc/concours/ geosciences-2009/sujet_2009.pdf A partir de lexploitation des diffrents documents proposs, reconstituer lhistoire du cours de la Moselle au cours des derniers 300 000 ans et expliquer ce phnomne que les gologues et gomorphologues appellent une capture. Figure 1 : Carte simplifie de la rgion tudie. N.B. On pourra se reprer galement sur la carte au millionime, juste au-del de la limite ouest de la zone tudie dans lexercice 1.

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    Figure 2 : Nature des alluvions anciennes (dates de plus de 250 000 ans) trouves au niveau de la Meuse et de la Moselle cf. zone sur la figure 1.

    Figure 3 : Image satellitaire du Val de lAsne , paysage observ entre Toul et Pagny sur Meuse.

    Figure 4 : Relief actuel entre la Meuse et la Moselle entre Toul ( l'Est) et Pagny ( l'Ouest). Les numros font rfrence aux lieux des forages de la figure 5. N.B. Lchelle verticale est exagre.

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    Figure 5 : Altitude de la base des alluvions anciennes mesure sur des affleurements ou grce des forages dont les numros sont reprs sur la figure prcdente.

    Remarque : En ralisant un forage aux points 5, 6 et 7 on ne trouve pas les alluvions anciennes. En revanche, on trouve ces alluvions quelques centaines de mtres de l, des altitudes plus leves. On fait l'hypothse qu'aux points 5, 6 et 7 les alluvions anciennes ont t rodes, mais qu'elles se trouvaient la mme altitude que les restes d'alluvions observs proximit.

    Figure 7 : Lrosion rgressive dune rivire : Migration vers lamont du point de rupture de pente du profil de la rivire (stades 1, 2, 3 antrieurs au stade P actuel) in Elments de Gologie Pomerol Dunod (P.649)

    Figure 6 : Carte schmatique de la localisation des alluvions rcentes et anciennes de la rgion Touloise

    N.B. Lautoroute A33 emprunte la valle entre Pagny sur Meuse et Toul.

  • 6

    Exercice 4 : Le magmatisme du Kaiserstuhl (Foss Rhnan)

    A partir des documents prsents, donner les

    conditions dans lesquelles le magmatisme du foss

    rhnan a pu apparatre.

    Prciser le chimisme de ce magmatisme, les conditions

    de la fusion partielle (roche(s) initiale(s) et pourcentage

    de fusion) et expliquer les origines possibles de la

    diversit des roches prsentes.

    Les carbonatites sont des roches magmatiques

    exceptionnelles dont lorigine est encore discute.

    Dgager leurs particularits chimiques et proposer des

    hypothses permettant de les expliquer.

    Figure 1 : Carte schmatique des roches du Kaisersthul

    Figure 2 : Composition chimique des roches du

    Kaiserstuhl (en %)

    N.B. 32,8 % de CO2 sajoute la composition de la

    carbonatite

    Carbonatite 1 ,8 0,2 1,1 6 1,3 1,6 48,7 0,2 0,1 4,9 0,5

    N.B. Le diagramme de Harker fourni ci-dessous sera utilis dans la rsolution de la problmatique.

  • 7

    Figure 3 :

    Carte de la profondeur du Moho dduite de la

    sismique rflexion et rfraction profonde

    Figure 4 : Echantillon de Carbonatite du Kaiserstuhl

    Gros cristaux blancs de calcite (en abondance)

    N.B. Trs rares cristaux de silicates.

    Feldspathode

    Pyroxne

    Amphibole

    Plagioclase

    Pte riche en plagioclases et oxydes

    Figure 5 : Photo de lame mince de

    Tphrite (LPNA)

    Figure 6 : Abondance des lments

    incompatibles dans deux carbonatites

    dAfrique de lEst comparables celles du

    Kayserstuhl. Les rsultats sont exprims

    sous forme du rapport :

    carbonatite /MORB de type E.

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    Exercice 5 : Variabilit naturelle du cycle du carbone (Daprs ftp://trf.education.gouv.fr/pub/edutel/siac/siac2/jury/2008/agreg_ext/svt2.pdf)

    1-Reconstruction des palo-teneurs atmosphriques de CO2 La quantit de stomates par unit de surface des feuilles des vgtaux dpend pour partie de la concentration en CO2 de latmosphre. Ce paramtre peut donc potentiellement servir de traceur de la pCO2 pour les temps anciens. On dfinit lindice stomatique (SI) comme suit : SI = SD / (SD + ED) SD tant la densit stomatique (c'est--dire le nombre de stomates par unit de surface foliaire) et ED tant la quantit de cellules pidermiques prsentes par unit de surface foliaire.

    Figure 1 1.1 Donner la relation qui existe entre lindice stomatique SI des plantes et la concentration

    atmosphrique en CO2, note pCO2. 1.2 Dterminer grce la figure 1, lquation de la droite correspondant au Ginkgo biloba. 1.3 A partir de cette quation et des mesures de la figure 2 ralises sur diffrentes espces de Ginkgo

    actuelle et fossiles, calculer pCO2 pour G. biloba et G. wyomingensis. 1.4 Comment volue la concentration de CO2 atmosphrique et le climat depuis 225 Ma ? Figure 2

    Feuille de Ginkgo fossilise

  • 9

    2-Place de laltration dans le cycle gologique du carbone Les quations bilan non quilibres des ractions de dissolution dun silicate, dun sulfate et dun carbonate et de prcipitation dun carbonate sont donnes ci-dessous : Dissolution : pyroxne _ CaMgSi2O6 + _ H2O + _ CO2 _ Ca

    2+ + _ Mg2++ _ HCO3- + _ H4SiO4

    gypse _ CaSO4 _ Ca2+ + _ SO4

    2- calcite _ CaCO3 + _ CO2 + _ H2O _ Ca

    2+ + _ HCO3-

    Prcipitation dun carbonate : _ Ca2+ + _ HCO3- _ CaCO3 + _ H2O + _ CO2

    2.1 Equilibrer les ractions. Ensuite, pour chaque minral (pyroxne, calcite, gypse), faire le bilan final en termes de rejet/fixation de CO2 lorsque le couplage des ractions de dissolution du minral et de prcipitation des carbonates a lieu. 2.2 Quel est le point commun des rgions tudies dans la figure 3 ? Comment expliquer la richesse systmatique en ions hydrognocarbonates (HCO3

    -) des cours deau rpertoris ci-dessous.

    Nom du bassin versant HCO3- (mol.L-1) T (Kelvin)

    Deccan 2719 300 Islande 480 275

    Runion 1311 290 Massif Central 686 282

    Figure 3 2.3 Quel est le devenir des ions hydrognocarbonates des cours deau ? 2.4 Reporter sur le graphique donn ci-dessous (semi-log) la concentration en ions hydrognocarbonates en fonction de 1000/T pour les points mesurs de la figure 3. Que peut-on dduire de la courbe obtenue ? Quel type de rtroaction cela implique au sein du cycle du carbone et quelle en est la consquence ?

  • 10

    CORRECTION DS DE GEOSCIENCES : Soin gnral, rdaction, orthographe

    EXERCICE 1 : 1. Schma structural soin symboles lgendes cf. Schma en fin de correction diffrents domaines gologiques : foss rhnan oligo-miocne, Rhin, socle I et prcambrien (Vosges cristallines et Fort Noire), bassin houiller carbonifre auroles orientales du bassin parisien (couverture II) ; couverture II sur socle bordant le foss Jura (couverture II)

    Nb failles indiffrencies, F normales regards convergents graben Volcanisme miocne (Kaiserstuhl = K) chevauchements Jura vergence nord et au sein du socle I (collision),